傳熱學(xué)第六章答案

1、第六章 復(fù)習(xí)題 1、什么叫做兩個(gè)現(xiàn)象相似，它們有什么共性？ 答：指那些用相同形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式所描述的現(xiàn)象，如果在相應(yīng)的時(shí)刻與相應(yīng)的地點(diǎn)上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對(duì)于成比例，則稱為兩個(gè)現(xiàn)象相似。 凡相似的現(xiàn)象，都有一個(gè)十分重要的特性，即描述該現(xiàn)象的同名特征數(shù)（準(zhǔn)則）對(duì)應(yīng)相等。 （1） 初始條件。指非穩(wěn)態(tài)問(wèn)題中初始時(shí)刻的物理量分布。 （2） 邊界條件。所研究系統(tǒng)邊界上的溫度（或熱六密度）、速度分布等條件。 （3） 幾何條件。換熱表面的幾何形狀、位置、以及表面的粗糙度等。 （4） 物理?xiàng)l件。物體的種類與物性。 2試舉出工程技術(shù)中應(yīng)用相似原理的兩個(gè)例子 3當(dāng)一個(gè)由若干個(gè)物理量所組成的試驗(yàn)數(shù)

2、據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)目較少的無(wú)量綱以后，這個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的性質(zhì)起了什么變化？ 4外掠單管與管內(nèi)流動(dòng)這兩個(gè)流動(dòng)現(xiàn)象在本質(zhì)上有什么不同？ 5、對(duì)于外接管束的換熱，整個(gè)管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)只有在流動(dòng)方向管排數(shù)大于一定值后才與排數(shù)無(wú)關(guān)，試分析原因。 答：因后排管受到前排管尾流的影響（擾動(dòng)）作用對(duì)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響直到10排管子以上的管子才能消失。 6、試簡(jiǎn)述充分發(fā)展的管內(nèi)流動(dòng)與換熱這一概念的含義。 答：由于流體由大空間進(jìn)入管內(nèi)時(shí)，管內(nèi)形成的邊界層由零開(kāi)始發(fā)展直到管子的中心線位置，這種影響才不發(fā)生變法，同樣在此時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)才不受局部對(duì)流換熱系數(shù)的影響。 7、什么叫大空間自然對(duì)流換熱？什么叫有限自然對(duì)流換熱？這

3、與強(qiáng)制對(duì)流中的外部流動(dòng)和內(nèi)部流動(dòng)有什么異同？ 答：大空間作自然對(duì)流時(shí)，流體的冷卻過(guò)程與加熱過(guò)程互不影響，當(dāng)其流動(dòng)時(shí)形成的邊界層相互干擾時(shí)，稱為有限空間自然對(duì)流。 這與外部流動(dòng)和內(nèi)部流動(dòng)的劃分有類似的地方，但流動(dòng)的動(dòng)因不同，一個(gè)由外在因素引起的流動(dòng)，一個(gè)是由流體的溫度不同而引起的流動(dòng)。 8簡(jiǎn)述射流沖擊傳熱時(shí)被沖擊表面上局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的分布規(guī)律 Pr數(shù)，Gr數(shù)Nu數(shù)與BiNu數(shù)，簡(jiǎn)述數(shù)有什么區(qū)別？ 的物理意義910對(duì)于新遇到的一種對(duì)流傳熱現(xiàn)象，在從參考資料中尋找換熱的特征數(shù)方程時(shí)要注意 什么？相似原理與量綱分析 0C20的空氣來(lái)模擬實(shí)物中平均溫度為的模型中，用1 、在一臺(tái)縮小成為實(shí)物1/860C

4、空氣的加熱過(guò)程。實(shí)物中空氣的平均流速為6.03m/s200，問(wèn)模型中的流速應(yīng)為若干？若2K)195W/(m，求相應(yīng)實(shí)物中的值。在這一實(shí)物中，模型與實(shí)模型中的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為物中流體的Pr數(shù)并不嚴(yán)格相等，你認(rèn)為這樣的模化試驗(yàn)有無(wú)實(shí)用價(jià)值？ 解：根據(jù)相似理論，模型與實(shí)物中的Re應(yīng)相等空氣在20?C和200?C時(shí)的物性參數(shù)為：?62?2?W/m?K,?10Pr06?10?0m./s,703?2.20?C：59?15.111?62?2?W/m?K,Pr?0.m680/s,?3.93?10200?C：?34.85?10222ulull122?由 ?21?l0615.21sm/.03?20?(.)(85

5、)u?8?6?u 21?85.l34l2Nu?又Nu21?l93.132l2)?K?195?36.99W得：h?h(/()(m) 12?59.82l12分相近數(shù)并不嚴(yán)格相等，但十型與流體的Pr上述?；囼?yàn)，雖然模這樣的?；囼?yàn)是有實(shí)用價(jià)值的。 Nu?f(Gr,Pr)。、對(duì)于恒壁溫邊界條件的自然對(duì)流，試用量綱分析方法導(dǎo)出：62ga?t起相當(dāng)于強(qiáng)制對(duì)流中流速的作用。 提示：在自然對(duì)流換熱中?Lt)(g解：hc?1?2?11?3?23?3?21?LTLMLLTTMLTMTML?0，)47?3?(，rn?312則各準(zhǔn)內(nèi)涵表達(dá)式如下a1b1c1d1?)?t(ghL1a2b2c2d2?)?(Lgt2a3b

6、3c3d3?)(cLgt?3?1?3a1b1?b1?3b1c1?c1?c1d1?2d1?TMLMMTTLLT展開(kāi)：11?b1?c1?1?b1?3?3b1?c1?2d1a1?b1?c1?d1?L?MT解得：b1?1，c1?0，d1?0，a1?1 1?100?/Nu?hL(ghL?t)1?3a2b2?b2b2?3b2c2?c2?c2d2?2d2?TTLLMTM?MLLL21?b2?c2?3?a2?b2?c2?d2?b2?3b2?c2?d2?T?ML?b2?0，c2?1，d2?1/2，a2?3/2各系數(shù)乘以2得：033210230?Grg/(g?tL)tL?23d323?c3db3?3b3c3?c3

7、2?1?2a3b3?b?TTMTLTLM?LLL33c3?3d3b?2?3b3?c332?a?b3?c3?d3?1?b3?M?LT0?a33?0，?1，c3?1，d?b3?0?110?Pr)/?(gc?cL?t3即原則性準(zhǔn)則方程：Pr)Nu?f(Gr， Nu?f(Gr,Pr)的關(guān)系式對(duì)于恒熱63、試用量綱分析法證明，恒壁溫情況下導(dǎo)出的?42?/Gr?gqlGr流邊界條件也是合適的，只是此時(shí) 數(shù)應(yīng)定義為。?t?t中的壁溫為未（因?yàn)榇藭r(shí)熱流密度已知，而q代替證明：在習(xí)題18的分析中以?)c,(g,q,l,h?f?,lp1為基本變量，則有：知），則有，仍以 hl?dhc?l?h?1111 11?；

8、?ch?dcdh15?11?35?1?222LMTLMLl?LMTgMLqT?222222?15?c?1?3hc?d1?h?c5?T ?LM2222222222 ?4d?1c?2b?2? ， ，22224?qlg?4?2?12?Gr?ql?g? 22?； 得?c?p?dch?Prf、Gr?,?Nu?cl3333 3pj?。 64、已知：對(duì)于常物性流體橫向掠過(guò)管束時(shí)的對(duì)流換熱，當(dāng)流動(dòng)方向上的排數(shù)大于10時(shí)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h取決于下列因素：流體速度u ；流體物性?、c、d、s、sp。；幾何參數(shù) 21求：試用量綱分析法證明，此時(shí)的對(duì)流換熱關(guān)系式可以整理為： ?Re、?f、s/dNu

9、Pr、s/d 21C?ss?p個(gè)、共九個(gè)，基本量綱有、4、du 解：基本物理量有 h、12? =7n=9，。、質(zhì)量、長(zhǎng)度LM、溫度Q），（時(shí)間T?h,d,u 為基本物理量，得：方程有五組，選取abcd?hud?1111 1dabc?d?u?2222 2dcab?u?c?d?3333 3pabcd?u?s?d4444 14abcd?u?d?s5555 2531?1?1?Ldd?T?MQdhT?MLd minminmin1?1?3?LTdu?MLQ?dT minmind?a?b?c?1?c?3?a3c?d1?c?d?LQ?MT1111111111 1d?a?b?c?a?3c?d?3?1?c?dc?

10、LMQT?2222222222 2d?b?c?a?3c?d2?ac?d?1?c?2?L?MQT3333333333 3c?d?c?a?3c?d1?a?b?c?d?LQ?MT4444444444 4dc?a?b?c?d?c?a?3cd1?LMTQ?5555555555 5 上式等號(hào)左邊為無(wú)量綱量，因此等號(hào)右邊各量綱的指數(shù)必為零（量綱和諧原理）故得：，c?11?c?d?0?111?0d?c?1?0?11?a?00c?d?3?a?3?1111?1b?a?b?c?d?0? 11111c?01?c?d?0?222?1?dc?0?22?a?10?d?a?3c?2222?b?1?3?a?b?c?d?0?2

11、2222c?1c?d?0?333?1?d?1?c?0?33?a?0?2?a?3c?d?0?3333?b?02?a?b?c?d?0? 33333c?0c?d?0?444?1?d?c?0?44?a?0?a?3c?d?0?4444?b?01?a?b?c?d?0?4 4444c?00?d?c?555?d00?c?55?a00d?a3c?5555?1b01?a?c?db? 55555 因而得：nd01?10?u?d?Nu?h 1? ud1?110?Re?u?d? 2?/ ?cp1100?Pr?cud? p3? s0010?1?s?u?d? 14d s001?02?s?u?d? 25d ?).d.s.c.

12、s.h?f(u的關(guān)系式可轉(zhuǎn)化為： 因此21pss21.)Pr.Nu?f(Re dd 已知：有人曾經(jīng)給出下列流體外掠正方形柱體（其一面與來(lái)流方向垂直）的換熱65、 數(shù)據(jù)： Pr Nu Re 5000 41 2.2 3.9 125 20000 0.7 117 41000 0.7 202 90000 mnNu?CRePr的關(guān)系式來(lái)整理數(shù)據(jù)并取m=1/3，試確定其中的常數(shù) 求：采用C與指數(shù)n在上述Re及Pr的范圍內(nèi)，當(dāng)方形柱體的截面對(duì)角線與來(lái)流方向平行時(shí)，可否用此式進(jìn)行計(jì)算，為什么？ nmNu?CRePr有由 解： lgNu?lgC?nlgRe?mlgPr 1lgPr與lgRelgNu? m 根據(jù)實(shí)驗(yàn)

13、數(shù)據(jù)有：成線性關(guān)系11PrNu?lglgPrlg NulgRelglgRe3m 1.62 3.699 0.1141 1.5059 3.699 2.0969 4.3010 0.1970 1.8999 4.301 2.0681 4.6128 -0.052 2.1201 4.6128 2.3054 4.9542 -0.052 2.3574 4.9542 2.3574?1.5059?0?.678n lgC699?3.4.9542為直線在縱坐標(biāo)上的截距。 不能將上述關(guān)聯(lián)式用于截面對(duì)角線與來(lái)流平行的情形，因?yàn)閮煞N情形下流動(dòng)方向與物體的相對(duì)位置不同。 ?2s/u?15mK?40W/mh，、已知：如圖，有人通

14、過(guò)試驗(yàn)得了下列數(shù)據(jù)：，661?2s/u?20mKW/?mh?50mnlPrNu?CRe。，。特征長(zhǎng)度為 。設(shè)2l?1m的柱體試確定當(dāng)空氣流速為15m/s及求：對(duì)于形狀相似但20m/s時(shí)的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。四種情形下定性溫度之值均相同。 uL15?0.57.20040?.551;Re,?Nu? 11? 解：(1)fffffuL20?100.?50055252;Nu?Re, 22? (2)fffffh?l15?1153;?Nu?,Re 3? (3) ffflh?204Nu?,Re? 44?。(4) ffnC、Pr、mnmNu?CRePr 2兩情形得： ，對(duì)四種情況，均相同，由1、m?2057.?n

15、CPr? ?ff?m?2510m57.20?nPr?C? ? ?1025?ff ，由此得： 。，m=0.766 0.766?h15?n3PrC? ?ff，與（1）得：）相除得：由（3 ?0.7660.766?/15hh15?ff327660.3K/m?,34?.25,h?20?2W? 37660.?5.20720/?/57.?f； f7660.?h20?n4Pr?C? ?ff，與（41）相除得：）得： 由（?0.766766.0?/20/hh20?f4f27660.4Km?81?42.,?h?20?2141W/? 4766.0?5720.20/?/7.5?ff?22K3.W/m?h?34KW/

16、m?42h?.8， 。 34管槽內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱 ab?a；，但（3）環(huán)形通道，）同（17、已知：（）邊長(zhǎng)為b及的矩形通道：（21）6內(nèi)管外徑為d，外管內(nèi)徑為D；（4）在一個(gè)內(nèi)徑為D的圓形筒體內(nèi)布置了n根外徑為d的圓管，流體在圓管外作縱向流動(dòng)。 求：四種情形下的當(dāng)量直徑。 解：ab24ab?1?d? mb?aa?b2ab24ab?b2?2?d? mb?aa?2b22dD?4? 22?dDd?3? md?22D22?dD?n4? 22?22?nd?D?d4? mnd?D2?ndD d2d?，1與2，且68、已知：一常物性的流體同時(shí)流過(guò)溫度與之不同的兩根直管21 流動(dòng)與換熱已處于湍流充分發(fā)展區(qū)域。）

17、流體以同樣流速流過(guò)1求：下列兩種情形下兩管內(nèi)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的相對(duì)大?。海?）流體以同樣的質(zhì)量流量流過(guò)兩管。兩管：（2?40.00.6.4?ucph 20.0.4?h，解：設(shè)流體是被加熱的，則以式（5-54）為基礎(chǔ)來(lái)分析時(shí)，有： d2,u?ud? 對(duì)一種情形，故：21218.20.810.80.81.28.0.0?dhuuddfu1?211111111%?28?.7? 20.80.?2uudhfddu? 。122222222 Pr數(shù)不進(jìn)入h之比的表達(dá)式，上述分析仍有效。若流體被冷卻，因23?5?490 Pr?10m/s ,?885kg/m8?3.，9、已知：變壓器油。在內(nèi)徑6 ，流量為0.31

18、3kg/s。為30mm的管子內(nèi)冷卻，管子長(zhǎng)2m 求：試判斷流動(dòng)狀態(tài)及換熱是否已進(jìn)入充分發(fā)展區(qū)。 3130.4m4?2300395Re? 5?du10?8853.83.1416?0.03 ，流動(dòng)為層流。解： 9678?395?4900.05RePr?0.05 按式（5-52）給出的關(guān)系式，Pr.05Re?.0366.7?0/ld?2/0 而，所以流動(dòng)與換熱處于入口段區(qū)域。試對(duì)氫氣與空氣的冷卻效6-10發(fā)電機(jī)的冷卻介質(zhì)從空氣改為氫氣厚可以提高冷卻效率，果進(jìn)行比較比較的條件是：管道內(nèi)湍流對(duì)流傳熱，通道幾個(gè)尺寸，流速均相同，定性溫度：下性數(shù)據(jù)如氫溫差修正50氣的物慮下處，為50氣體均于常壓，不考?6?

19、32?kgK.36kJ41.?10?Pas,c14?.m07550?.kg，?194210WmK9，?p 的流速流經(jīng)內(nèi)徑為1.5m/s的空氣，以120kPa、壓力為100、已知：平均溫度為116 25mm電加熱管子。均勻熱流邊界條件下在管內(nèi)層流充分發(fā)展對(duì)流換熱區(qū)Nu=4.36。 求：估計(jì)在換熱充分發(fā)展區(qū)的對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 p1200003?m/121kg?1?. RT287?373， 解：空氣密度按理想氣體公式計(jì)算?與壓力關(guān)系甚小，仍可按一物理大氣壓下之值取用， 空氣的 100時(shí)： 1.121?1.5?66?1919?2300025?9?1010kg/,m?s?,?Re?0.?21. 2

20、1.9 ?0.0321?2KW?/m?5.h?4.36?6?4.36 025.0d 故為層流。按給定條件得： 。 612、已知：一直管內(nèi)徑為2.5cm、長(zhǎng)15m，水的質(zhì)量流量為0.5kg/s，入口水溫為10，管子除了入口處很短的一段距離外，其余部分每個(gè)截面上的壁溫都比當(dāng)?shù)仄骄疁馗?5。 求：水的出口溫度。并判斷此時(shí)的熱邊界條件。 150?30?30?t?tt? f50?t22 ，則定性溫度解：假使出口水溫，?6?,Pr?5/.mK,?801.5?10s42?0.618W/kgm?。 水的物性參數(shù)為610?0.54m4?410?31771Re? 15?t?t?5?801.1416?0.d025

21、3. 。因， wf0.80.4Nu?0.023?31771?5.42?180.7， 不考慮溫差修正，則f?Nu180.7?0.618?f2KW/h?m?4466.9 025.0d, ?4466.9?3.1416?0.025dl?t?t15?15?78.94kW?hf1w。 i?209.3kJ/kgkg/.04kJi?42，得熱量另一方面，由水的進(jìn)口焓，出口 ?kW6783.209.3?4204.5?mi?i?0.? 。 2?t。經(jīng)與 ，需重新假設(shè)相符合為止（在允許誤差范圍內(nèi)），直到 2121?78.4kW547.t?。這是均勻熱流的邊界條件。， 過(guò)計(jì)算得21613、已知：一直管內(nèi)徑為16cm，

22、流體流速為1.5m/s，平均溫度為10，換熱進(jìn)入充分發(fā)展階段。管壁平均溫度與液體平均溫度的差值小于10，流體被加熱。 求：試比較當(dāng)流體分別為氟利昂134a及水時(shí)對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的相對(duì)大小。 解：由附錄10及13，10下水及R134a的物性參數(shù)各為： ?2?6?0.2018?10m/s,Pr?,?/08880?.WmK3.915：R134a ；?62?/s,Prm?,9?1.306?10?0.574W/.m?K52； 水： ：對(duì)R134a1.5?0.01665,Re10?1.1893?10? 20180.08880.?280.40.K?/m?2531h?0.023?118930.3W?3.9

23、15 0160. 對(duì)水： 1.5?0.0166?18376,?10Re? 306.1574.0?240.0.8Km?5241Wh?0.023?18376/?9.52 016.0 對(duì)此情形，R134a的對(duì)流換熱系數(shù)僅為水的38.2%。 5Pa?101.013下的空氣在內(nèi)徑為76mm的直管內(nèi)流動(dòng)，614、已知：入口溫度為65，30.022m/s，管壁的平均溫度為入口體積流量為180。 求：管子多長(zhǎng)才能使空氣加熱到115。 65?115?t?903? ?0.972kg/mf2，相應(yīng)的物性值為： 解：定性溫度?6?2?,Pr?0/.m,?21.51.009kJ/?kg?K10,13?3.?10s690

24、W/kgm?K?cp3?1.0045kg/m 在入口溫度下，故進(jìn)口質(zhì)量流量： 33?2?kg/s.298?10?s1.0045kg/mm?0.022m2/ ，?26?4m298?10?104?2.410?17906Re? ?3.1416?0.076?d21.5l/d?60計(jì)， ，先按50.08?0.0313?2480.0.Km69?20?50.08,h?.62?Nu0.023?17906W/?0. 00760.?Kc?1.009kg?Kkg.007kJ/?c1kJ/pp。 時(shí)，65，時(shí)，115 空氣在故加熱空氣所需熱量為： ?33?1162.3W?0071.?10?c?t650?.02298?

25、1.00910m?115?ctpp 采用教材P165上所給的大溫差修正關(guān)系式： 0.530.530.53T?363273?90?f?0c?.885? t453180273?T?。 w所需管長(zhǎng)： ?1162.3?2.96ml? ?9088506220076014163?dhtt.?.?.?.?180?fw l/d?2.96/0.076?38.6?60，需進(jìn)行短管修正。采用式（5-64）的關(guān)系式： ?0.7?/l1.c?1?0775d?所需管長(zhǎng)為2.96/1.0775=2.75m。 ，f615、已知：14號(hào)潤(rùn)滑油，平均溫度為40，流過(guò)壁溫為80，長(zhǎng)為1。5m、內(nèi)徑?4?s?m4?10kg/?28.

26、。 為22.1mm的直管，流量為800kg/h。80時(shí)油的 求：油與壁面間的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及換熱量。 解：40時(shí)14號(hào)潤(rùn)滑油的物性參數(shù)為： ?3?62?/s,Prm?1242.2W/?m?K10,m?880.7kg/1522,1416?0.， Pr?323，符合本書(shū)第二版式（4-6480時(shí)）的應(yīng)用范圍，于是： ?0.0.25443.0.50l/Prd46?RePr/Pr?Nu?0.， fwf?4m4?800/3600?123Re?.2 ?6?d3.1416?0.021?880.7?124.2?10， 0.05RePr?0.05?123.2?1522?9375.5,l/d?1.5/0.0221

27、?67.9 Pr/Pr?1522/323?4.712wf，于是：處于入口段狀態(tài)， ?0.40.2543.500?3267.9.20.46?123.?1522511522/323/Nu? 32.5?0.1462?2?KW/mh?210 0221.0 ?W8955?4080?1.?hA?At215.1?3.1416?0.0221 616、已知：初溫為30的水，以0.875kg/s的流量流經(jīng)一套管式換熱器的環(huán)形空間。該環(huán)形空間的內(nèi)管外壁溫維持在100，換熱器外殼絕熱，內(nèi)管外徑為40mm，外管內(nèi)徑為60mm。 求：把水加熱到50時(shí)的套管長(zhǎng)度。在管子出口截面處的局部熱流密度是多少？ 30?50?t?40

28、 f2，解：定性溫度 查得：?6?,Pr?4.31/,kg?kg/sm?K,c.?0635W/?m?K,10?653.3?4147Jpd?D?d?60?40?20mmc?4md4?0.857?0.02cRe?16702? 6?2222?653.3?100.06?D?d03.1416?.04 ， ?6?s10?mkg/?282.5?，流體被加熱，按式（5-56），有： w ?11.0.11031.08/30/.81?5Re0270?Nu,?.?Pr282/3.65331.4?16702?027.0?wff1.115?115.1?0.635?2K?4W/m?3654h?. 020. 。?cmt?t

29、t?t?tdlh?Aht由熱平衡式，得： pfwfw?mc?tt3050.857?4174?0p?2.l?2?m? ?30?1003654.4?3.?t1416?0dh.t04?。 fw?2?183kW50/3654.4?m100?q?h?t? 管子出口處局部熱流密度為617、已知：一臺(tái)100MW的發(fā)電機(jī)采用氫氣冷卻，氫氣初始溫度為27，離開(kāi)發(fā)電?4?s?kg/m?0.087?c?14.24kJ/kg?K,10。發(fā)電機(jī)效率為機(jī)時(shí)為88，氫氣為p98.5%。氫氣出發(fā)電機(jī)后進(jìn)入一正方形截面的管道。 510?Re 其截面積應(yīng)為多大？ 求：若要在管道中維持,?666?W10.5?100?10?11?1

30、00?10?0.015?Q?為量機(jī)中的發(fā)熱 解：發(fā)電 這些熱量被氫氣吸收并從27上升到88，由此可定氫的流量G： ?63,G?1.727kg/27sG?1.5?14.24?10?1088?。設(shè)正方形管道的邊長(zhǎng)為2?uLuL510?G ?L， L，則有2?1.uL727?uL?G,?L?1.985m 545?10?.087?10?100:。其中 618、已知：10的水以1.6m/s的流速流入內(nèi)徑為28mm、外徑為31mm、長(zhǎng)為1.5m的管子，管子外的均勻加熱功率為42.05W，通過(guò)外壁絕熱層的散熱損失為2%，管材的?KmW/?18. 求：（1）管子出口處的平均水溫；（2）管子外表面的平均壁溫。

31、解：10水的物性為： c?4.1913?m/.7kg?999?2?6?10306?v?1?57.4?10.p P?42.05?(1?2%)?41.209WWP?42.05 放 ，（ 1）設(shè)出口水平均溫度為15 20水c?4.183?2.998?2?6?59.9?10v?1.006?10p 15水的物性：c?4.187?998.762?58.65?10v?1.156?10p 27?8P. r 管截面積2?028.02m00061544.?s0 14 3V?0.00061544?1.6?0.000984704m/s 3?999.7kg/mG?0.98441kg/s P?GC(t?t)?0.9844

32、1?(Ct?Ct)?41.099kW11222p1 設(shè)出口溫度為20 P?0.98342?(4.183?20?4.183?10)?41.05kW與 41.099接近， 故出口平均水溫為20 （2）管內(nèi)壁的傳熱面積為： 2?m.1388.5?0.028?0?1S 210?20?t? f2 150286?0.ud1.3?38754.Re? f6?v10.156?1 480.0.480.0.8?250.3?8.27N?0.023RP?0.023?38754 rue?6?N10.65?250.2?582uk)W/(m?5253.4h md0.028 41.209?1000t?t?74.5 fwh?S1

33、 2?l(t?t2)ww?12 d?2/ln() d 1d0.031?2/)ln()/1000?ln(1841.209? d 0.0281t?t ww?l2?3.14?12.512 ?24.736?74.5?99.23 6-19、已知：水以1.2m/s平均速度流入內(nèi)徑為20mm的長(zhǎng)直管。（1）管子壁溫為75，水從20加熱到70；（2）管子壁溫為15，水從70冷卻到20。 求：兩種情形下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，并討論造成差別的原因。 w?1.2m/sd?0.020m 解：1?(20?70)?45t? f2 ） （102.0ud1.2?17.Re?39506 f6?v10?0.675 0.40.80.80

34、.4189.05?0.023Re?Pr?0.02339506.173.952Nufff 2?N19.05?64.15?102u?k)h?6063?.77W/(m? m020.d 3.0.803.0.80896?164.39506?.17?3.9250023N?0.RP?.023）2 （rue2?1015?64164.896?.2)/(?mkW.?h528905 m020. 因?yàn)榧訜幔谔帨囟雀?，流體粘度減小，對(duì)傳熱有強(qiáng)化作用，冷卻時(shí)，近壁處溫度低， 流體粘度增加，對(duì)傳熱有減弱作用。6-20、已知：一螺旋管式換熱器的管子內(nèi)徑為d=12mm，螺旋數(shù)為4，螺旋直徑D=150mm。t?20，管內(nèi)平均

35、流速u=0.6m/s，平均內(nèi)壁溫度為80。 進(jìn)口水溫 求：冷卻水出口水溫。 tt?63，則解：此題需假設(shè) 進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過(guò)數(shù)次試湊后，設(shè)20?60?41t?.5 f2， ?26?Kkg4147J/m?/W/sm?K,c?0.6564?10?0.6353p物性值： ?6?3?,Pr?4.195kg/m992.1kg/m,?650.7?10s?， 6ud?100.0210.6?410?1.0097Re? ?65640. 。?D?4?3.1416?0.15?1.885m,l/d?1.885/l?40.012?157， 每根管長(zhǎng)： ?336?10?355.012/0.0751?1.c?1?10.3042

36、2d/R1?10.3?,0.wp 采用式（5-56）得： ?0.8?0.143/41?1.042?.?1.097107/355.1?4.19582.75?650?Nu0.027， ?2K?4381W/m/?0.63530.012?h?82.75 , ?11.59864381?kW80?41.?Ah?t?3.1416?0.0121.885?, 傳熱量 :1 熱平衡熱量: 2?d?2?12.07763?20kW?992.1?0.6uc?t?t4147785?0.?0.012 p24?63t即為所求之值。相差小于1%，故 與21l?3m，圓管直徑6-21、已知：如圖為現(xiàn)代儲(chǔ)蓄熱能的一種裝置的示意圖。

37、h=0.25m，為d=25mm，熱水流過(guò)，入口溫度為60，流量為0.15kg/s。周圍石蠟的物性為：熔點(diǎn)為 2?770kg/m27.4，溶化潛熱為L(zhǎng)=244Kj/kg，。假設(shè)圓管的溫度在加熱過(guò)程中一直處于石蠟的熔點(diǎn)， 求：把該單元中的石蠟全部溶化熱水需流過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間。 解：假定出口水溫為40C，則水的定性溫度為50C水的物性參數(shù)?Km648.W/.?0?3?6?K.Kg/?.Pr?354,C4174Jmkg.?s?.;?549410pa.,9981/,p4qm?13905?2300Re? ?dn 所以管流為湍流故30.0.834.023Re69.?PrNu?0?Nu?2Km.1797h?W/ d

38、 ,?60025?120/d?3/0.l 又因?yàn)?C?30,?t?22.6,C?1?t?t 所以tmlf?tt?t?tq?hAC?fmpfmf?熱平衡方程 ?dl;2At?t?t?1/?fff? 其中?25.t?43fC 所以可得?5.?51t40?t數(shù)參物與假定大，在假設(shè)性C，水較C相差ff?Km.65W/.?0?36?KJ/.Kg?Pr?3.465?10,Cpa.s,?987.3kg/m4175,?537. pq4m230014213?Re? ?dn ，是湍流30.0.808.023Re70.Pr?Nu?0?Nu?2Km.h?1822W/ d 因水被冷卻1?30,C?22.6?tC?1,?

39、t?t,?603l/d?/0.025?120tfml ?tt?qChA?t?t?fmmpff?熱平衡方程 ?dlt?;t?1/2At?fff? 其中?443.t?fC 所以可得1?,c3?24.?30t?t?ttfw壁溫與液體溫差 ?W.t8?10395?qct?fp1fm? 水與石蠟的換熱量為?W10432?hAt?t?wf2 而牛頓冷卻公式?21?100%?0.348%?5%?/2? 熱平衡偏差21?4.?tf43C 故上述計(jì)算有效 為使石蠟熔化所需熱量為7?J?3.495?Q?r10V?W?9?10413?1/2.? 21?min563356.2s?Q/? 所需加熱時(shí)間30t?t)?t?

40、1/2(C 空氣定性溫度?mw?t?t?w0?x? t?ttt?均可或6-22、已知：。無(wú)論在管道中充分發(fā)展階段的換熱區(qū)域whbw x無(wú)關(guān)。是軸線方向坐標(biāo)x的函數(shù)，但上述無(wú)量綱溫度卻與證明在充分 求：從對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的定義出發(fā)，以圓管內(nèi)流動(dòng)與換熱為例， 發(fā)展換熱區(qū)常物性流體的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也與x無(wú)關(guān)。tt?w?r?f? tt? 解：設(shè)在充分發(fā)展區(qū)，則：bwt?r?d?R?rconstR?f?t?drt R為管子半徑）， （此處 Rr?bw?t?const?htxt?bw r? 于是：Rr?6-23、已知：如圖，一電力變壓器可視為直徑為300m、高500mm的短柱體，在運(yùn)行過(guò)程中它需散失

41、熱流量為1000W。為使其表面維持在47，再在其外殼上纏繞多圈內(nèi)徑為20mm的管子，管內(nèi)通過(guò)甘油以吸收變壓器的散熱。要求外殼溫度維持在47，甘油入口溫度為24，螺旋管內(nèi)的允許溫升為6，并設(shè)變壓器的散熱均為甘油所吸收。?2?K/?kg2427/m,c?J9?1259.kg 27時(shí)甘油的物性參數(shù)如下：p?2?,Pr?m?K,286?0,W/?79.9106780kg/?ms。47時(shí)甘油的?2?s10?mkg/?20.95。 求：所需甘油流量、熱管總長(zhǎng)度以及纏繞在柱體上的螺旋管的相鄰兩層之間的距離s。 解：假設(shè)：1、略去動(dòng)能與位能的變化；2、略去管壁阻力。由熱平衡，取6溫升， 找出質(zhì)量流率： 100

42、01000?s/0687kg1000W,q?qct0?t.? mpm6?2427t?ctp q406870.4?m485.Re? 2?d1079.9?3.14?0.02? ，所以流動(dòng)為層流。 120?d?300/D/，略去彎管作用不計(jì)，設(shè)流動(dòng)與換熱處于層流發(fā)展段，因?yàn)?h，再?gòu)膫鳠岱匠逃枰孕：?。采用齊德-泰特公式，先假設(shè)長(zhǎng)度，計(jì)算出140.1/395.48?678079.?1711.86.206?4.98?11?.86Nu?1.? 9520.206000/? ，設(shè)L=6m ?2?Km?159.7W/0d?11.17?0.286/.h?Nu02/ , ?W10001203W47?27?0.02?

43、6?159.7?dLh?t?3.14? 3/2?L?11? L?323/?1/L?AHL?L ，即 由計(jì)算過(guò)程可見(jiàn)，對(duì)本例，2251.?L?11? ?L?由此得： ， 2251.51.?1000?2m55?4.7579?6?6?0L?L.? 121203? 故：1 所能纏繞的圈數(shù)：55.554L453.?4N? ?32.?03.140.3?0.D?d023.14? 圈。 500mm.4?110?s 534. 間距 外掠平板對(duì)流換熱的速度10m/s。常壓下20的空氣以，平均壁溫為6-24、已知：一平板長(zhǎng)400mm40 縱向流過(guò)該板表面。處的熱邊界層厚度、局部400mm300mm、100mm50m

44、m、200mm、 求：離平板前緣 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及平均傳熱系數(shù)。?26?KmW?0.0267/.sm.?1600?10/;?Pr0.701v 解：空氣物性參數(shù)為1xuvx? ?3?m10441?.534St31250?Re?;?.Pr?3 xuv 離前緣50mm，?23/21/1KWpr/m.?h?0.33227Re.84 xx?2/31/21).WPr/(mK?h?0.664Re55.7 mx 同理可得：?232?Km.h?39.37W/m04?10m;h?13.92W/.K;St?2.處離前緣100mm mx?232?K.?27.84W/mm;h?13.92W/m.K;h28St?2.?10

45、處200mm 離前緣mx?2?32K/m.W/m.K;h?22.72W.St?3.53?10m;h?1136處離前緣300mm mx?22?3Km.?19.68W/h08St?4.?10m;h?9.84W/m.K;處離前緣400mm mx該的流速平行的吹過(guò)一太陽(yáng)能集熱器的表面。以6m/s，6-25、已知：冷空氣溫度為0m1m?1 。，其中一個(gè)邊與來(lái)流方向垂直。表面平均溫度為20表面尺寸為 求：由于對(duì)流散熱而散失的熱量。 20?010t? f2 解：2?6?705.?0?10,16?10,Pr?2.51?14. 空氣的物性 1001.ul6?510?4.23728Re x6?1016?14. 1

46、1 68384.RePr?Nu?0.66432 2?10.51?384.68?22)mk?9?.655w(h 01. 2s?1?1?1.0m ?h?s(t?t)?9.655?(20?0)?193.1w 0w6-26、已知：一摩托車引擎的殼體上有一條高2cm、長(zhǎng)12cm的散熱片（長(zhǎng)度方向與車t?150t?20，車速為30km/h身平行）。，而風(fēng)速為2m/s，如果，車逆風(fēng)前行，風(fēng)w?速與車速平行。 求：此時(shí)肋片的散熱量。 20?150?85t m2，解：按空氣外掠平板的問(wèn)題來(lái)處理。定性溫度 ?2?6?27.6?10m/,s,Pr?0.691m.?00309W/?K 空氣的物性數(shù)據(jù)為uL10.33?

47、0.1265105?Re?57389?10? ?21.6 ，故流動(dòng)為層流。 ?233350.0.Km?212?36.W/,h?140.6?57389Nu?0.664?0.0309?0.691/0.?140.6?W22.150?206?.2?0.12?0.02?36?2hA?t?2? ，平板40m/s。設(shè)來(lái)流溫度為306-27、已知：一個(gè)亞音速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段的最大風(fēng)速可達(dá)5Pa013?101. ，風(fēng)洞的壓力可取。壁溫為70Re5105?數(shù)，平板需多長(zhǎng)。如果平板溫度系用低 求：為了時(shí)外掠平板的流動(dòng)達(dá)到的 x壓水蒸氣在夾層中凝結(jié)來(lái)維持，平板垂直于流動(dòng)方向的寬度為20cm時(shí)。試確定水蒸氣的凝結(jié)量。 70?

48、30?50t? m2，查附錄解：8得： ?2?6?17.95?10m/K,s,Pr?0.698?0.0283W/m?， ?110?x17.95405Re?5?10,x?0.224m x6?4010?17.95 ， ?0.51/.51/3530?416.?Pr?0.6645?100.6985.Nu?0664Re， ?2Km?52.62W/.5?0,02830.224?h416 , ?94.?3032?0.224?W70?2hA?t52.62?0., ?3kgJ/?2334.1?10r70t? ，時(shí)，氣化潛熱 在94.3?3600?0.1454kgG?/h 32334.1?10?。凝結(jié)水量 6-2

49、8、已知：如圖，為了保證微處理機(jī)的正常工作，采用一個(gè)小風(fēng)機(jī)將氣流平行的吹過(guò)集成電路表面。 求：（1）如果每過(guò)集成電路塊的散熱量相同，在氣流方向上不同編號(hào)的集成電路塊的表面溫度是否一樣，為什么？對(duì)溫度要求較高的組件應(yīng)當(dāng)放在什么位置上？（2）哪些無(wú)量綱影響對(duì)流換熱？ 解：（1）不同編號(hào)的集成電路塊的表面溫度不一樣，因?yàn)榭偭髁枯^小，在吸收第一塊集成電路塊的熱量后，自身的溫度也隨之上升，氣流再送到下一塊集成電路板所對(duì)流熱量變小，兩者間溫差減少，未被帶走熱量就會(huì)加在集成電路板上，使之表面溫度升高，故在氣流方向上，集成電路塊的表面溫度逐漸在上升。對(duì)溫度要求較高的組件應(yīng)放在氣流入口處或盡可能接近氣流入口處。

50、 （2）在充分發(fā)展對(duì)流換熱階段，除Re、Pr數(shù)以外，由三個(gè)幾何參數(shù)所組成的兩個(gè)無(wú)量綱參數(shù)，如S/L及H/L，影響到對(duì)流換熱。 的平板，飛機(jī)2.5m、已知：飛機(jī)的機(jī)翼可近似的看成是一塊置于平行氣流中的長(zhǎng)6-295Pa107?0.。機(jī)翼頂部吸收-10，空氣溫度為的飛行速度為每小時(shí)400km?？諝鈮毫?m/800W ，而其自身輻射略而不計(jì)。的太陽(yáng)能輻射為。如果考慮機(jī)翼的本身輻射，這一溫求：處于穩(wěn)態(tài)時(shí)機(jī)翼的溫度（假設(shè)溫度是均勻的） 度應(yīng)上升還是下降？ 機(jī)翼對(duì)空氣的對(duì)流換熱。解：不計(jì)自身輻射時(shí)，機(jī)翼得到的太陽(yáng)能輻射= 5.?6?1025.t?8?5?6.t? m2 需要假定機(jī)翼表面的平均溫度。設(shè)，則 w?26?706.?0/s,Pr?12.73?10m?0.0239W/m?K, ， ?25?400000/3600571010?5?Re?2.18? 6?1073?12. ，?80.3/31/0.81244677062.18?0?Nu?0.037RePr0.037?. ?22m819W/234?3.5?234W/m?K,q?h?t?h24467?0.0239/2.5? 5